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三种单晶高温合金的形核过冷度测量及相应凝固组织研究

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稀有金属材料与工程 2022年第7期51卷 2637-2644页

作者：徐维台马德新赵运兴皮立波孙中源深圳市万泽中南研究院有限公司广东深圳518045 中南大学粉末冶金研究院湖南长沙410083

采用悬垂小球法在工业条件下对DD5、DD6以及WZ303种镍基高温合金进行熔体过冷实验,测量了3种合金在加热和冷却过程中的液相线温度T和临界形核温度T,测得这3种合金的临界形核过冷度ΔT=T-T分别是33、36和42℃。合金DD5和DD6试样凝固时由... 详细信息

采用悬垂小球法在工业条件下对DD5、DD6以及WZ303种镍基高温合金进行熔体过冷实验,测量了3种合金在加热和冷却过程中的液相线温度T和临界形核温度T,测得这3种合金的临界形核过冷度ΔT=T-T分别是33、36和42℃。合金DD5和DD6试样凝固时由于过冷度相对较小,形成细枝状单晶组织。合金WZ30的临界形核过冷度相对较大,试样凝固时主要形成由晶向一致的树枝状单晶基体框架和晶向散乱的碎粒状杂晶组成的混合体组织,其中大部分碎粒状杂晶的形态和尺寸特征像是从液体中直接形核长大的等轴晶粒团簇,而不是来源于枝晶臂的熔断。

关键词：单晶高温合金过冷能力临界形核过冷度凝固组织

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晶体取向对一种单晶高温合金再结晶的影响

中南大学学报（自然科学版） 2023年第1期54卷 73-80页

作者：赵运兴马德新徐维台徐福泽中南大学粉末冶金研究院湖南长沙410083 深圳市万泽中南研究院有限公司广东深圳518045

采用晶体劳厄衍射仪对高温合金DD419的单晶试棒铸件进行晶向测量,切取不同一次晶向及二次晶向的样品。对各种晶体取向的样品实施相同的静压加载,然后进行标准固溶热处理。研究结果表明:样品受压表面下方发生了不同程度的再结晶,再结晶... 详细信息

采用晶体劳厄衍射仪对高温合金DD419的单晶试棒铸件进行晶向测量,切取不同一次晶向及二次晶向的样品。对各种晶体取向的样品实施相同的静压加载,然后进行标准固溶热处理。研究结果表明:样品受压表面下方发生了不同程度的再结晶,再结晶的深度与晶体取向具有明显的相关性。当一次晶向[001]与样品表面法向的偏离角度β从0°到90°变化时,样品的再结晶深度H首先逐渐增加,在β=45°时达到最大值,然后逐渐减小至初始值。当二次晶向[010]与样品法向的偏离角度α从0°到45°变化时,样品再结晶深度H也是逐渐增加,在α=45°时同样达到最大深度。单晶高温合金中一次晶向和二次晶向对再结晶具有相同的影响规律。

关键词：单晶高温合金枝晶取向静压加载固溶热处理再结晶

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一种第三代单晶高温合金铸件表面层组织研究

稀有金属材料与工程 2023年第3期52卷 1162-1168页

作者：赵运兴马德新徐维台员莹莹李重行中南大学粉末冶金研究院湖南长沙410083 深圳市万泽中南研究院有限公司广东深圳518045

采用一种第3代单晶高温合金制备了某型号的涡轮叶片铸件,经真空固溶热处理后,发现在叶片铸件表面形成了大量形状不规则的亮白色组织。经对叶片进行解剖和金相观察,发现铸件内部组织为均匀的γ相,但外部存在一个明显的表面层。表面层中... 详细信息

采用一种第3代单晶高温合金制备了某型号的涡轮叶片铸件,经真空固溶热处理后,发现在叶片铸件表面形成了大量形状不规则的亮白色组织。经对叶片进行解剖和金相观察,发现铸件内部组织为均匀的γ相,但外部存在一个明显的表面层。表面层中基体为连续分布的亮白色γ′相,主要组成元素为Ni、Al和Ta,表面层γ′相基体上析出了许多片状的tcp相。对铸件表面附近的成分分布进行了测量分析,显示铸件表面层为典型的贫Cr层。正是Cr元素的贫化,导致了表面层中γ相向γ′相的转变和γ′相与tcp相的共轭生长。贫Cr层的出现还导致在表面层与内部组织之间出现了较多的残存γ/γ′共晶。

关键词：高温合金单晶铸件固溶热处理贫Cr层 tcp相

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单晶高温合金CMSX-4铸件再结晶

材料工程 2023年第10期51卷 42-50页

作者：徐福泽蔺永诚马德新赵运兴何道广刘冠中南大学机电工程学院长沙410083 深圳市万泽中南研究院有限公司广东深圳518045 中南大学粉末冶金研究院长沙410083

以单晶高温合金CMSX-4为研究对象,设计制备一种含5层平台的单晶试板铸件,研究其在不同温度下进行固溶热处理后的再结晶行为。结果表明:经固溶热处理后除最下层平台外,其余每层平台的截面突变处均有再结晶产生,再结晶面积随平台所处高度... 详细信息

以单晶高温合金CMSX-4为研究对象,设计制备一种含5层平台的单晶试板铸件,研究其在不同温度下进行固溶热处理后的再结晶行为。结果表明:经固溶热处理后除最下层平台外,其余每层平台的截面突变处均有再结晶产生,再结晶面积随平台所处高度的增加先增大后减小;铸件外侧平台比内侧平台更容易产生再结晶。固溶热处理温度T_(H)对铸件平台再结晶形核和长大的影响非常显著,当T_(H)从1303℃提升到1315℃时,再结晶面积从9.7 mm^(2)增加到293 mm^(2),增幅高达30倍。由于截面突变,铸件平台部位会在凝固及冷却过程中产生较大的塑性变形并积聚大量的变形能,在后续热处理时截面突变处易成为再结晶的起源;同时,因凝固过程中换热条件、冷却速率和变形速率的差异,导致铸件各部位的应力分布不均,在固溶热处理后表现出不同的再结晶行为。此外,提高T_(H)能够有效促进γ/γ′共晶组织和粗大γ′相的溶解,减少γ/γ′共晶组织及粗大γ′相对再结晶晶界迁移过程中的钉扎作用,显著增加再结晶缺陷区域。

关键词：单晶高温合金 CMSX-4 再结晶塑性应变数值模拟

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新型镍基粉末高温合金的微观组织和力学性能

粉末冶金技术 2023年第5期41卷 434-441页

作者：马向东程俊义龙安平杨金龙郭建政冯干江深圳市万泽中南研究院有限公司深圳518045 中南大学粉末冶金研究院长沙410083

以新型镍基粉末高温合金FGH4113A(WZ-A3)为研究对象,采用“真空感应熔炼+氩气雾化制粉+热等静压+热挤压+等温锻造”工艺路线制备全尺寸涡轮盘,系统研究了锻造态FGH4113A合金在不同热处理状态下的微观组织和力学性能。结果表明:FGH4113A... 详细信息

以新型镍基粉末高温合金FGH4113A(WZ-A3)为研究对象,采用“真空感应熔炼+氩气雾化制粉+热等静压+热挤压+等温锻造”工艺路线制备全尺寸涡轮盘,系统研究了锻造态FGH4113A合金在不同热处理状态下的微观组织和力学性能。结果表明:FGH4113A合金全尺寸涡轮盘宏观形貌良好,微观晶粒组织细小均匀;经亚固溶热处理后,平均晶粒度ASTM11~13级,室温和550℃的屈服强度分别为1249和1185MPa,抗拉强度分别为1674和1656MPa,断后伸长率分别为23.5%和19.5%,在温度700℃,应变范围0~0.8%,加载频率0.33Hz条件下的疲劳寿命均值为35000周次;经过固溶热处理后,平均晶粒度ASTM6~8级,700和800℃的屈服强度分别为1063和966MPa,抗拉强度分别为1403和1112MPa,断后伸长率分别为17.5%和12.0%,在温度800℃,应力330MPa,蠕变伸长量0.2%条件下的蠕变寿命均值为384h,在温度700℃,应力强度因子范围30MPam5条件下的裂纹扩展速率小于5×10^(-4)mmcycle^(-1)。

关键词：镍基粉末高温合金亚固溶热处理过固溶热处理显微组织力学性能

SLM和SEBM成形纯钨组织与缺陷的对比研究

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稀有金属材料与工程 2022年第9期51卷 3282-3288页

作者：陈慧董静资旭辉张桃梅韩勇陈超中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083 中南大学深圳研究院广东深圳518057

采用选区激光熔化(SLM)和选区电子束熔化(SEBM)技术成形纯钨,对比研究了2种成形方法对纯钨的宏/微观组织和力学性能的影响,利用SEM和EBSD等表征技术,分析了裂纹萌生位置及形成机制。结果表明,通过调控纯钨打印过程的工艺参数,可有效地减... 详细信息

采用选区激光熔化(SLM)和选区电子束熔化(SEBM)技术成形纯钨,对比研究了2种成形方法对纯钨的宏/微观组织和力学性能的影响,利用SEM和EBSD等表征技术,分析了裂纹萌生位置及形成机制。结果表明,通过调控纯钨打印过程的工艺参数,可有效地减少SLM和SEBM成形样品内部的裂纹。SLM和SEBM打印态纯钨的致密度和硬度与输入样品的能量密度呈正比例关系。与SLM相比,SEBM成形时样品内部的温度梯度更低,热应力累积更少,成形后样品中的裂纹更少。SLM打印态样品的内部裂纹多存在于搭接区域,SLM和SEBM制备过程中产生的裂纹均具有沿晶界分布的特征,而且裂纹多萌生于大角度晶界。

关键词：选区激光熔化选区电子束熔化纯钨微观组织裂纹

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高温合金籽晶材料对单晶外延生长的影响

中国有色金属学报 2023年第2期33卷 445-454页

作者：马德新赵运兴徐维台李重行玄伟东深圳万泽中南研究院有限公司深圳518045 中南大学粉末冶金研究院长沙410083 上海大学材料科学与工程学院上海200072

使用两种高代次的单晶高温合金DD5(简称D)和WZ30(简称W)进行了4种不同的籽晶材料−铸造材料的组合,进行单晶试棒铸件制备。结果表明:当籽晶材料和铸造材料相同时,不论是D-D还是W-W组合,都可得到良好的单晶外延生长。在采用WZ30作异质籽晶... 详细信息

使用两种高代次的单晶高温合金DD5(简称D)和WZ30(简称W)进行了4种不同的籽晶材料−铸造材料的组合,进行单晶试棒铸件制备。结果表明:当籽晶材料和铸造材料相同时,不论是D-D还是W-W组合,都可得到良好的单晶外延生长。在采用WZ30作异质籽晶的W-D组合中,也可得到晶向良好的高温合金单晶铸件。但在采用DD5作异质籽晶的D-W组合中,则会形成极不稳定的回熔界面,并出现大量杂乱晶粒。其原因可能是D-W组合中合金下小上大的密度差造成强烈的液体对流,严重影响了籽晶的正常回熔和单晶的外延生长。本工作的研究结果证明,利用籽晶法生产高代次的单晶高温合金铸件是可以实现的,抗氧化性能的高低对于异质籽晶材料的选取并不重要,重要的是籽晶材料的密度不能小于铸造合金。

关键词：高温合金籽晶单晶凝固外延生长

Al-Mg-Sc粉末激光增材修复6061-T6铝合金组织及其性能研究

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第7期54卷 2594-2605页

作者：袁晓星折洁任欣祝弘滨徐荣李瑞迪中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083 中南大学深圳研究院广东深圳518057 中车工业研究院有限公司北京100073

采用激光增材修复技术对预制槽的6061-T6铝合金进行修复实验,利用光学显微镜、能谱分析仪和扫描电子显微镜等观察Al-Mg-Sc激光增材修复6061-T6铝合金不同区域的微观组织,利用室温拉伸机和显微硬度计对不同热处理前后试样的力学性能进行... 详细信息

采用激光增材修复技术对预制槽的6061-T6铝合金进行修复实验,利用光学显微镜、能谱分析仪和扫描电子显微镜等观察Al-Mg-Sc激光增材修复6061-T6铝合金不同区域的微观组织,利用室温拉伸机和显微硬度计对不同热处理前后试样的力学性能进行研究。研究结果表明:修复部位无裂纹、界面熔合不良等严重缺陷,存在少量的气孔,孔隙率为0.21%。修复区中晶粒均为等轴晶,且晶粒内存在较多的Al3(Sc,Zr)粒子,起到细化晶粒的作用。部分熔化区由于靠近基体,温度梯度较大,晶粒形态为垂直界面生长的外延柱状晶。热影响区中原本细小的β’’强化相在修复过程中受到激光热循环作用后生长为粗大的β(Mg2Si)平衡相,发生过时效“软化”现象,导致其强度和硬度急剧下降,维氏硬度最低为58。修复试样的抗拉强度为200 MPa,伸长率为8.0%,分别为基体的68.97%和49.38%;进行人工时效处理后二者变化不大。当修复试样经过固溶和人工时效处理后,其各项力学性能均有所提高,其中抗拉强度286 MPa,伸长率为11.8%,分别为基体的98.62%和72.84%。

关键词：激光增材修复 6061-T6 热处理显微组织力学性能

高温合金单晶铸件中形状因素对雀斑缺陷的影响

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稀有金属材料与工程 2021年第12期50卷 4357-4364页

作者：马德新深圳市万泽中南研究院有限公司广东深圳518004 中南大学粉末冶金研究院湖南长沙410083

通过对单晶高温合金铸件中雀斑缺陷的观察研究,发现铸件横截面和纵截面的形状都对雀斑的形成产生很大的影响。铸件横截面形状的影响表现为棱角和曲率效应,即雀斑容易出现在外凸形的棱角(夹角180°)和曲面(曲率为负)。其原因在于糊状区... 详细信息

通过对单晶高温合金铸件中雀斑缺陷的观察研究,发现铸件横截面和纵截面的形状都对雀斑的形成产生很大的影响。铸件横截面形状的影响表现为棱角和曲率效应,即雀斑容易出现在外凸形的棱角(夹角180°)和曲面(曲率为负)。其原因在于糊状区液体流动的附壁效应会在铸件外凸和内凹部位分别发生叠加和发散,从而分别促进和减弱雀斑的生成倾向。另外,铸件纵截面形状变化对雀斑的影响表现为收扩效应,即沿凝固方向呈收缩型和扩张型的外表面对雀斑的影响完全相反,分别起到强烈的促进和抑制作用。结果表明,上述的铸件形状因素对雀斑的作用远远超过了凝固条件的影响。不同代次单晶高温合金的实验结果表明,合金中Re元素含量的提高能明显增加铸件中的雀斑缺陷。

关键词：雀斑高温合金定向凝固单晶